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JP7315486B2 - Ceramic bonded body, manufacturing method thereof, and charged particle beam accelerator - Google Patents
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JP7315486B2 - Ceramic bonded body, manufacturing method thereof, and charged particle beam accelerator - Google Patents

Ceramic bonded body, manufacturing method thereof, and charged particle beam accelerator Download PDF

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Description

本開示は、セラミック接合体およびその製造方法ならびに荷電粒子ビーム加速装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to a ceramic bonded body, a manufacturing method thereof, and a charged particle beam accelerator.

従来、大開口径のビームダクトは、複数のセラミックダクトの端面同士がガラス接合法によって接合され、長尺状に形成されている。しかしながら、陽子加速器のビームダクトは高強度の放射線に晒されるため、ガラス接合部は放射線劣化やこれに伴う経年劣化が進みやすく、高い気密性を維持することができないという懸念が生じている。 Conventionally, a beam duct with a large opening diameter is formed in a long shape by joining end faces of a plurality of ceramic ducts by a glass joining method. However, since beam ducts of proton accelerators are exposed to high-intensity radiation, glass joints tend to deteriorate due to radiation and deterioration over time, raising concerns that high airtightness cannot be maintained.

このような懸念を解消するために、特許文献1では、複数のセラミックダクトの端面を高融点金属法によりメタライズした後、ろう付けにより直接接合して長尺状に形成した加速器ビーム用のビームダクトが提案されている。 In order to solve such concerns, Patent Document 1 proposes a beam duct for an accelerator beam formed in a long shape by directly joining by brazing after metallizing the end faces of a plurality of ceramic ducts by a high-melting-point metal method.

特開2003-324000号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-324000

焼結された長尺状のセラミックダクトをビームダクトとして用いようとすると、軸方向に垂直な方向に沿って生じる内壁面のうねりや反りが大きく、荷電粒子の軌道範囲を広く設定することができないという問題があった。 When trying to use a sintered long ceramic duct as a beam duct, there is a problem that the inner wall surface undulates and warps in the direction perpendicular to the axial direction, making it impossible to set a wide trajectory range for charged particles.

本開示のセラミック接合体は、軸方向に沿って、該軸方向に垂直な断面が多角形状、レーストラック形状または円状である、荷電粒子を加速するための内部空間を有し、該内部空間を挟んで対向配置する、セラミックスからなる長尺状の第1半体と第2半体とを備えてなり、前記第1半体と前記第2半体とが対向する面を、それぞれ第1対向面および第2対向面とした場合に、前記第1対向面と前記第2対向面とが拡散接合している。 The ceramic joined body of the present disclosure has an internal space for accelerating charged particles having a polygonal, racetrack-shaped, or circular cross-section perpendicular to the axial direction along the axial direction. surface is diffusion bonded.

さらに、本開示のセラミック接合体の製造方法は、軸方向に沿って、該軸方向に垂直な断面が多角形状、レーストラック形状、または楕円体状である、荷電粒子を加速するための内部空間を備え、該内部空間を挟んで対向配置する、セラミックスからなる長尺状の第1半体と第2半体と、前記第1半体と前記第2半体とが対向する面を、それぞれ第1対向面および第2対向面とした場合に、前記第1対向面と前記第2対向面とを吸着させた後に厚み方向から押圧して熱処理する。 Furthermore, in the method for manufacturing a ceramic bonded body of the present disclosure, when the first and second halves made of ceramics are provided with an inner space for accelerating charged particles and have a polygonal, racetrack-shaped, or ellipsoidal cross-section perpendicular to the axial direction, and the surfaces facing the first and second halves are arranged to face each other across the inner space, and the first and second halves are opposed to each other, the first and second halves are opposed to each other. 2. After the opposing surfaces are adsorbed, heat treatment is performed by pressing from the thickness direction.

本開示のセラミック接合体は、内壁面のうねりや反りを低減でき、荷電粒子の軌道範囲を広く設定することができる。 The ceramic bonded body of the present disclosure can reduce undulation and warpage of the inner wall surface, and can set a wide trajectory range of charged particles.

本開示のセラミック接合体の一例を示す、(a)は斜視図であり、(b)はAA’線における断面図である。1(a) is a perspective view and (b) is a cross-sectional view taken along line AA', showing an example of a ceramic bonded body of the present disclosure. FIG. 図1に示すセラミック接合体のB部を走査型電子顕微鏡で撮影した写真の一部である。1. It is a part of the photograph which image|photographed the B section of the ceramic joined body shown in FIG. 1 with the scanning electron microscope. 図1に示すセラミック接合体における第2半体の軸方向Xに垂直な断面の一部を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a part of a cross section perpendicular to the axial direction X of the second half of the ceramic joined body shown in FIG. 1;

以下、図面を参照して、本開示のセラミック接合体について詳細に説明する。 Hereinafter, the ceramic bonded body of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本開示のセラミック接合体の一例を示す、(a)は斜視図であり、(b)はAA’線における断面図である。 FIG. 1 shows an example of the ceramic bonded body of the present disclosure, (a) is a perspective view, and (b) is a cross-sectional view taken along line AA'.

図1に示すセラミック接合体10は、軸方向Xに沿って、軸方向Xに垂直な断面が8角形状である、荷電粒子を加速するための内部空間Sを有し、内部空間Sを挟んで対向配置する、セラミックスからなる長尺状の第1半体1と第2半体2とを備えている。 The ceramic joined body 10 shown in FIG. 1 has an internal space S for accelerating charged particles, which has an octagonal cross section perpendicular to the axial direction X along the axial direction X, and is provided with a long first half 1 and a second half 2 made of ceramics, which are arranged opposite to each other with the internal space S interposed therebetween.

第1半体1は、内部空間Sを形成する第1内底面1bと第1内底面1bに接続する第1内側面1cとを、第2半体2は、内部空間Sを形成する第2内底面2bと第2内底面2bに接続する第2内側面2cとを、それぞれ有している。 The first half 1 has a first inner bottom surface 1b forming the internal space S and a first inner surface 1c connected to the first inner bottom surface 1b, and the second half 2 has a second inner bottom surface 2b forming the internal space S and a second inner surface 2c connecting to the second inner bottom surface 2b.

第1半体1および第2半体2の各寸法は、例えば、長さが350mm以上450mm以下、厚みが7mm以上9mm以下、幅が60mm以上65mm以下である。 Each dimension of the first half 1 and the second half 2 is, for example, length of 350 mm or more and 450 mm or less, thickness of 7 mm or more and 9 mm or less, and width of 60 mm or more and 65 mm or less.

内部空間Sは、第1半体1の第1内底面1b、第1内底面1bに接続する第1内側面1c、第2半体2の第2内底面2bおよび第2内底面2bに接続する第2内側面2cに取り囲まれている。 The internal space S is surrounded by a first inner bottom surface 1b of the first half 1, a first inner surface 1c connected to the first inner bottom surface 1b, a second inner bottom surface 2b of the second half 2, and a second inner surface 2c connected to the second inner bottom surface 2b.

セラミック接合体10の軸方向Xに垂直な断面における内部空間Sの形状は8角形状であるが、8角形状以外の多角形状、レーストラック形状または円状であってもよい。なお、円状は楕円状も含んでいる。 The internal space S in the cross section perpendicular to the axial direction X of the ceramic joined body 10 has an octagonal shape, but may have a polygonal shape other than the octagonal shape, a racetrack shape, or a circular shape. Note that the circular shape also includes an elliptical shape.

そして、セラミック接合体10の両端は封着手段によってフランジ(図示しない)に気密に固定され、セラミック接合体10の一端から供給された荷電粒子は内部空間Sを通って他端から排出される。内部空間Sは、荷電粒子に抵抗を与えないよう高真空に保たれている。また、第1半体1の上側および第2半体2の下側には、荷電粒子を加速する加速器として、加速器用偏向電磁石(図示しない)が設置されている。 Both ends of the ceramic joint 10 are hermetically fixed to flanges (not shown) by sealing means, and charged particles supplied from one end of the ceramic joint 10 are discharged from the other end through the internal space S. The internal space S is kept in a high vacuum so as not to give resistance to charged particles. Accelerator bending electromagnets (not shown) are installed on the upper side of the first half 1 and the lower side of the second half 2 as accelerators for accelerating charged particles.

セラミック接合体10は、第1半体1と第2半体2とが対向する面を、それぞれ第1対向面1aおよび第2対向面2aとした場合に、第1対向面1aと第2対向面2aとが拡散接合している。ここで、拡散接合しているとは、ガラスや樹脂からなる接合層を介さずに接合されてなる状態をいう。第1半体1および第2半体2の軸方向に垂直な方向に沿って生じるそれぞれの内壁面のうねりや反りは、拡散接合する前に、研磨によって低減することができるので、うねりや反りを研磨によって低減した場合、荷電粒子の軌道範囲を広く設定することができる。 In the ceramic bonded body 10, when the surfaces facing the first half 1 and the second half 2 are the first facing surface 1a and the second facing surface 2a, respectively, the first facing surface 1a and the second facing surface 2a are diffusion-bonded. Here, the term "diffusion bonding" refers to a state of being bonded without a bonding layer made of glass or resin interposed therebetween. The waviness and warpage of the inner wall surfaces of the first half body 1 and the second half body 2 that occur along the direction perpendicular to the axial direction can be reduced by polishing before diffusion bonding. Therefore, when the waviness and warpage are reduced by polishing, the trajectory range of the charged particles can be set wide.

セラミック接合体10の軸方向Xに垂直な断面における内部空間Sの形状は、厚み方向に短軸、厚み方向と垂直な方向に長軸がそれぞれ位置する偏平状の多角形状、レーストラック形状または楕円状であるとよい。内部空間Sの形状がこのような形状であると、セラミック接合体10の厚み方向の両側に設置する加速器用偏向電磁石の間隔を狭くすることができるので、電源が加速器用偏向電磁石に供給する電力を低減することができ、コストを抑制することができる。 The shape of the internal space S in the cross section perpendicular to the axial direction X of the ceramic joined body 10 is preferably a flat polygonal shape, a racetrack shape, or an elliptical shape in which the short axis is located in the thickness direction and the long axis is located in the direction perpendicular to the thickness direction. When the shape of the internal space S is such a shape, the interval between the bending electromagnets for an accelerator installed on both sides in the thickness direction of the ceramic joined body 10 can be narrowed, so that the power supplied from the power supply to the bending electromagnets for an accelerator can be reduced, and the cost can be suppressed.

特に、第1対向面1aおよび第2対向面2aの少なくともいずれかの算術平均粗さRa
は0.02μm以上0.4μm以下であるとよい。
In particular, the arithmetic mean roughness Ra of at least one of the first opposing surface 1a and the second opposing surface 2a
is preferably 0.02 μm or more and 0.4 μm or less.

算術平均粗さRaが0.02μm以上であると、アンカー効果が高くなるので、第1半体1および第2半体2が互いに分離するおそれが抑制される。一方、算術平均粗さRaが0.4μm以下であると、第1対向面1aおよび第2対向面2aに固着する異物が少なくなるため、高い接合力を維持することできる。 When the arithmetic mean roughness Ra is 0.02 μm or more, the anchoring effect is enhanced, so that the possibility that the first half 1 and the second half 2 are separated from each other is suppressed. On the other hand, when the arithmetic mean roughness Ra is 0.4 μm or less, the amount of foreign matter adhering to the first facing surface 1a and the second facing surface 2a is reduced, so high bonding strength can be maintained.

第1対向面1aおよび第2対向面2aの少なくともいずれかの粗さ曲線における25%の負荷長さ率での切断レベルと、粗さ曲線における75%の負荷長さ率での切断レベルとの差を表す、切断レベル差Rδcが0.03μm以上0.8μm以下であるとよい。 The cutting level difference Rδc, which represents the difference between the cutting level at a load length ratio of 25% in the roughness curve of at least one of the first opposing surface 1a and the second opposing surface 2a and the cutting level at a load length ratio of 75% in the roughness curve, is preferably 0.03 μm or more and 0.8 μm or less.

切断レベル差Rδcが0.03μm以上であると、アンカー効果がより高くなるので、第1半体1および第2半体2が互いに分離するおそれがさらに抑制される。一方、切断レベル差Rδcが0.8μm以下であると、第1対向面1aおよび第2対向面2aに固着する異物が少なくなるため、高い接合力を長期間に亘って維持することできる。 When the cutting level difference Rδc is 0.03 μm or more, the anchoring effect becomes higher, so that the possibility that the first half 1 and the second half 2 are separated from each other is further suppressed. On the other hand, when the cutting level difference Rδc is 0.8 μm or less, the amount of foreign matter adhering to the first opposing surface 1a and the second opposing surface 2a is reduced, so a high bonding strength can be maintained over a long period of time.

第1対向面1aおよび第2対向面2aの算術平均粗さRaおよび切断レベル差Rδcは、JIS B 0601:2001に準拠し、レーザー顕微鏡((株)キーエンス製、超深度カラー3D形状測定顕微鏡(VK-X1000またはその後継機種))を用いて測定することができる。測定条件としては、カットオフ値λsを無し、カットオフ値λcを0.08mm、第1対向面1aおよび第2対向面2aの未接合部分から、1か所当たりの測定範囲を1404μm×1053μmとして、各測定範囲毎に長手方向に沿って、略等間隔となるように4本測定対象とする線を引けばよい。 The arithmetic mean roughness Ra and the cutting level difference Rδc of the first opposing surface 1a and the second opposing surface 2a conform to JIS B 0601: 2001, and can be measured using a laser microscope (manufactured by Keyence Corporation, an ultra-deep color 3D shape measuring microscope (VK-X1000 or its successor model)). As the measurement conditions, there is no cutoff value λs, the cutoff value λc is 0.08 mm, the measurement range per location is 1404 μm × 1053 μm from the unbonded portion of the first opposing surface 1 a and the second opposing surface 2 a, and four lines to be measured may be drawn at approximately equal intervals along the longitudinal direction for each measurement range.

図2は、図1に示すセラミック接合体のB部を走査型電子顕微鏡で撮影した写真の一部である。 FIG. 2 is a part of a photograph taken with a scanning electron microscope of the B portion of the ceramic joined body shown in FIG.

図2に示すように、第2半体2におけるセラミックスの結晶粒子3の一部が第1半体1に食い込んでいてもよい。このような構成であると、この結晶粒子3の一部が第1半体1からの分離防止を担うので、信頼性が向上する。 As shown in FIG. 2 , part of the ceramic crystal grains 3 in the second half 2 may bite into the first half 1 . With such a configuration, part of the crystal grains 3 are responsible for preventing the separation from the first half 1, so the reliability is improved.

同様に、第1半体1におけるセラミックスの結晶粒子の一部が第2半体2に食い込んでいてもよい。このような構成であると、この結晶粒子の一部が第2半体2からの分離防止を担うので、信頼性が向上する。 Similarly, part of the ceramic crystal grains in the first half 1 may bite into the second half 2 . With such a configuration, some of the crystal grains are responsible for preventing separation from the second half 2, so reliability is improved.

図3は、図1に示すセラミック接合体における第2半体の軸方向Xに垂直な断面の一部を示す模式図である。 3 is a schematic diagram showing a part of a cross section perpendicular to the axial direction X of the second half of the ceramic joined body shown in FIG. 1. FIG.

図3に示すように、第1対向面1a上および第2対向面2a上の少なくともいずれかに位置するセラミックスの結晶粒子3の最大高さの山頂部と、セラミックスの結晶粒子あるいは粒界相4の最低高さの谷底部との高低差(L)が0.08μm以上1.6μm以下であるとよい。 As shown in FIG. 3, the height difference (L) between the peak of the maximum height of the ceramic crystal grains 3 located on at least one of the first opposing surface 1a and the second opposing surface 2a and the bottom of the lowest height of the ceramic crystal grains or the grain boundary phase 4 is preferably 0.08 μm or more and 1.6 μm or less.

高低差(L)が0.08μm以上であると、アンカー効果がより高くなるので、第1半体1および第2半体2が互いに分離するおそれがさらに抑制される。一方、高低差(L)が1.6μm以下であると、第1対向面1aおよび第2対向面2aに固着する異物が少なくなるため、高い接合力を長期間に亘って維持することできる。 When the height difference (L) is 0.08 μm or more, the anchoring effect becomes higher, so the risk of the first half 1 and the second half 2 separating from each other is further suppressed. On the other hand, when the difference in height (L) is 1.6 μm or less, the amount of foreign matter adhering to the first opposing surface 1a and the second opposing surface 2a is reduced, so high bonding strength can be maintained over a long period of time.

なお、図3に示す符号5は、未接合部を示す空隙5である。 Note that reference numeral 5 shown in FIG. 3 denotes a gap 5 indicating an unbonded portion.

高低差(L)の測定は、まず、軸方向Xに垂直な断面を平均粒径D50が3μmのダイヤモンド砥粒を用いて銅盤にて研磨する。その後、平均粒径D50が0.5μmのダイヤモンド砥粒を用いて錫盤にて研磨する。これらの研磨によって得られる研磨面を、セラミックスの主成分が酸化アルミニウムの場合、1480℃で結晶粒子と粒界層とが識別可能になるまで熱処理し、観察面としての断面を得る。熱処理の時間は、例えば30分程度である。そして、走査型電子顕微鏡を用い、倍率を6000倍として、第1対向面1aおよび第2対向面2aの少なくともいずれかを含む断面を撮影する。得られた写真の10μm×15μmの視野において、図3に示す高低差(L)を測定すればよい。測定の対象とする長さは、例えば、30μmである。 To measure the height difference (L), first, a cross section perpendicular to the axial direction X is ground with a copper disk using diamond abrasive grains having an average particle diameter D50 of 3 μm. After that, it is polished with a tin plate using diamond abrasive grains having an average particle diameter D50 of 0.5 μm. When the main component of the ceramics is aluminum oxide, the polished surface obtained by these polishing is heat-treated at 1480° C. until the crystal grains and the grain boundary layer become distinguishable, and a cross section is obtained as an observation surface. The heat treatment time is, for example, about 30 minutes. Then, using a scanning electron microscope, a cross section including at least one of the first opposing surface 1a and the second opposing surface 2a is photographed at a magnification of 6000 times. The height difference (L) shown in FIG. 3 can be measured in the 10 μm×15 μm field of view of the obtained photograph. The length to be measured is, for example, 30 μm.

また、第1内底面1b、第1内側面1c、第2内底面2bおよび第2内側面2cの少なくともいずれかは、研削面および研磨面のいずれかであるとよい。 At least one of the first inner bottom surface 1b, the first inner surface 1c, the second inner bottom surface 2b, and the second inner surface 2c is preferably either a ground surface or a polished surface.

また、第1半体1および第2半体2の各端面1d、2dの少なくともいずれかは、研削面および研磨面のいずれかであるとよい。 At least one of the end surfaces 1d and 2d of the first half 1 and the second half 2 is preferably either a ground surface or a polished surface.

このような構成であると、各面の平面度、算術平均粗さRaおよび切断レベル差Rδc等を所望の範囲に制御することができるため、気密性が向上する。 With such a configuration, the flatness of each surface, the arithmetic mean roughness Ra, the cutting level difference R[delta]c, etc. can be controlled within desired ranges, thereby improving the airtightness.

次に、本開示のセラミック接合体の製造方法の一例について説明する。 Next, an example of the manufacturing method of the ceramic bonded body of the present disclosure will be described.

セラミックスの主成分が酸化アルミニウムである場合、主成分である酸化アルミニウム粉末(純度が99.9質量%以上)と、水酸化マグネシウム、酸化珪素および炭酸カルシウムの各粉末とを粉砕用ミルに溶媒(イオン交換水)とともに投入して、粉末の平均粒径(D50)が1.5μm以下になるまで粉砕した後、有機結合剤と、酸化アルミニウム粉末を分散させる分散剤とを添加、混合してスラリーを得る。 When the main component of the ceramics is aluminum oxide, aluminum oxide powder (having a purity of 99.9% by mass or more), which is the main component, and powders of magnesium hydroxide, silicon oxide, and calcium carbonate are put into a grinding mill together with a solvent (ion-exchanged water). After pulverizing until the average particle size (D 50 ) of the powder becomes 1.5 μm or less, an organic binder and a dispersant for dispersing the aluminum oxide powder are added and mixed to obtain a slurry.

ここで、上記粉末の合計100質量%における水酸化マグネシウム粉末の含有量は0.3~0.42質量%、酸化珪素粉末の含有量は0.5~0.8質量%、炭酸カルシウム粉末の含有量は0.060~0.1質量%であり、残部が酸化アルミニウム粉末および不可避不純物である。 Here, the content of magnesium hydroxide powder is 0.3 to 0.42% by mass, the content of silicon oxide powder is 0.5 to 0.8% by mass, the content of calcium carbonate powder is 0.060 to 0.1% by mass, and the balance is aluminum oxide powder and unavoidable impurities.

有機結合剤は、アクリルエマルジョン、ポリビニールアルコール、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド等である。 Organic binders include acrylic emulsion, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polyethylene oxide and the like.

次に、スラリーを噴霧造粒して顆粒を得た後、1軸プレス成形装置あるいは冷間静水圧プレス成形装置を用いて、成形圧を78Mpa以上128MPa以下として加圧することにより柱状の成形体を得る。 Next, after the slurry is spray granulated to obtain granules, a columnar molded body is obtained by applying a molding pressure of 78 MPa or more to 128 MPa or less using a uniaxial press molding device or a cold isostatic press molding device.

この成形体に、焼成後に内部空間Sとなる長溝を切削によって形成し、第1半体1の前駆体である第1成形体および第1半体2の前駆体である第2成形体を得る。 A long groove, which will become the internal space S after firing, is formed in this compact by cutting to obtain a first compact that is a precursor of the first half 1 and a second compact that is a precursor of the first half 2 .

次に、第1成形体および第2成形体を焼成温度を1500℃以上1700℃以下、保持時間を4時間以上6時間以下として、焼成することによりそれぞれ第1焼結体および第2焼結体を得ることができる。 Next, the first sintered body and the second sintered body are obtained by firing the first molded body and the second molded body at a firing temperature of 1500° C. or more and 1700° C. or less and a holding time of 4 hours or more and 6 hours or less.

そして、第1焼結体の第1内底面および第1内側面と、第2焼結体の第2内底面および第2内側面とを対象にして、研削および研磨の少なくともいずれかを施すことにより、それぞれ第1半体、第2半体とすることができる。 Then, by subjecting the first inner bottom surface and the first inner surface of the first sintered body and the second inner bottom surface and the second inner surface of the second sintered body to at least one of grinding and polishing, the first half and the second half can be obtained, respectively.

ここで、平均粒径D50が、例えば、2μm以下のダイヤモンド砥粒を用いて研磨し、第1対向面および第2対向面の少なくとも一方に水を付着(例えば、水滴の噴霧)させてもよい。付着した水が第1対向面および第2対向面を表面張力により密着させることができ、かつ、水和反応(不純物が少ないHOによる局所的なOH基の加水分解反応で誘発されたAl以外の元素(Si、Mg、Ca)が電気陰性度の違いで、酸化アルミニウムと再結晶化され、強固な結合を得ることができる。 Here, polishing may be performed using diamond abrasive grains having an average particle diameter D50 of, for example, 2 μm or less, and water may be adhered (for example, sprayed with water droplets) to at least one of the first opposing surface and the second opposing surface. Adhered water can bring the first opposing surface and the second opposing surface into close contact with each other by surface tension, and elements other than Al (Si, Mg, Ca) induced by a hydration reaction (local hydrolysis reaction of OH groups by H 2 O with a small amount of impurities) are recrystallized with aluminum oxide due to the difference in electronegativity, and a strong bond can be obtained.

そして、第1対向面と第2対向面とを吸着させた後に厚み方向から押圧して熱処理することで、軸方向Xに沿って、軸方向Xに垂直な断面が多角形状、レーストラック形状または円体状である内部空間を備えた、本開示のセラミック接合体を得ることができる。熱処理の温度は、例えば、1000℃以上1800℃以下であり、特に1700℃以上1800℃以下であるとよく、熱処理の時間は、例えば、30分以上120分以下である。また、押圧に要する圧力は限定されず、第1半体1や第2半体2の大きさや材質などに応じて、適宜設定される。具体的には、1kgf~5kgf程度の圧力で押圧するのがよい。 Then, after the first opposing surface and the second opposing surface are adsorbed, they are pressed from the thickness direction and heat-treated, thereby obtaining the ceramic bonded body of the present disclosure having an inner space along the axial direction X and having a polygonal, racetrack-shaped or circular cross-section perpendicular to the axial direction X. The heat treatment temperature is, for example, 1000° C. or higher and 1800° C. or lower, preferably 1700° C. or higher and 1800° C. or lower, and the heat treatment time is, for example, 30 minutes or longer and 120 minutes or shorter. Further, the pressure required for pressing is not limited, and is appropriately set according to the size and material of the first half body 1 and the second half body 2, and the like. Specifically, it is preferable to press with a pressure of about 1 kgf to 5 kgf.

接合後、第1半体および第2半体の各端面の少なくともいずれかを研削または研磨してもよく、このような加工をすることで、軸方向Xにおける気密性を向上させることができる。 After joining, at least one of the end surfaces of the first half and the second half may be ground or polished, and such processing can improve the airtightness in the axial direction X.

上述した製造方法で得られるセラミック接合体は、荷電粒子の軌道範囲を広く設定することができるので、このセラミック接合体をビームダクトとして装着した荷電粒子ビーム加速装置は、荷電粒子の供給および排出の効率を高くすることができる。 Since the ceramic bonded body obtained by the above-described manufacturing method can set a wide trajectory range of charged particles, a charged particle beam accelerator equipped with this ceramic bonded body as a beam duct can increase the efficiency of supplying and discharging charged particles.

10 セラミック接合体
1 第1半体
2 第2半体
3 結晶粒子
4 粒界相
5 空隙
REFERENCE SIGNS LIST 10 ceramic bonded body 1 first half 2 second half 3 crystal grain 4 grain boundary phase 5 void

Claims (12)

軸方向に沿って、該軸方向に垂直な断面が多角形状、レーストラック形状または円状である、荷電粒子を加速するための内部空間を有し、該内部空間を挟んで対向配置する、セラミックスからなる長尺状の第1半体と第2半体とを備えてなり、前記第1半体と前記第2半体とが対向する面を、それぞれ第1対向面および第2対向面とした場合に、前記第1対向面と前記第2対向面とが拡散接合している、セラミック接合体。 Along the axial direction, it has an internal space for accelerating charged particles and has a polygonal, racetrack-shaped or circular cross-section perpendicular to the axial direction. , ceramic joints. 前記第1対向面および前記第2対向面の少なくともいずれかは算術平均粗さRaは0.02μm以上0.4μm以下である、請求項1に記載のセラミック接合体。 2. The ceramic joined body according to claim 1, wherein at least one of said first opposing surface and said second opposing surface has an arithmetic mean roughness Ra of 0.02 [mu]m or more and 0.4 [mu]m or less. 前記第1対向面および前記第2対向面の各粗さ曲線における25%の負荷長さ率での切断レベルと、前記粗さ曲線における75%の負荷長さ率での切断レベルとの差を表す、切断レベル差Rδcがいずれも0.03μm以上0.8μm以下である、請求項1または2に記載のセラミック接合体。 The ceramic bonded body according to claim 1 or 2, wherein a cutting level difference Rδc, which represents a difference between a cutting level at a load length ratio of 25% on each roughness curve of the first opposing surface and the second opposing surface and a cutting level at a load length ratio of 75% on the roughness curve, is 0.03 µm or more and 0.8 µm or less. 前記第2半体における前記セラミックスの結晶粒子の一部が前記第1半体に食い込んでいる、請求項1~3のいずれかに記載のセラミック接合体。 4. The ceramic joined body according to claim 1, wherein a part of said ceramic crystal grains in said second half bites into said first half. 前記第1半体における前記セラミックスの結晶粒子の一部が前記第2半体に食い込んでいる、請求項1~4のいずれかに記載のセラミック接合体。 5. The ceramic joined body according to claim 1, wherein a part of said ceramic crystal grains in said first half bites into said second half. 前記第1対向面上および前記第2対向面上の少なくともいずれかに位置する前記セラミックスの結晶粒子の最大高さの山頂部と、前記セラミックスの結晶粒子あるいは粒界相の最低高さの谷底部との高低差(L)が0.08μm以上1.6μm以下である、請求項1~5のいずれかに記載のセラミック接合体。 The ceramic bonded body according to any one of claims 1 to 5, wherein a height difference (L) between a peak of the maximum height of the ceramic crystal grains located on at least one of the first opposing surface and the second opposing surface and a bottom of the lowest height of the ceramic crystal grain or grain boundary phase is 0.08 μm or more and 1.6 μm or less. 前記第1半体は、前記内部空間を形成する第1内底面と該第1内底面に接続する第1内側面とを、前記第2半体は、前記内部空間を形成する第2内底面と該第2内底面に接続する第2内側面とを、それぞれ有してなり、
第1内底面、第1内側面、第2内底面および第2内側面の少なくともいずれかは、研削面および研磨面のいずれかである、請求項1~6のいずれかに記載のセラミック接合体。
The first half has a first inner bottom surface that forms the internal space and a first inner surface that connects to the first inner bottom surface, and the second half has a second inner bottom surface that forms the internal space and a second inner surface that connects to the second inner bottom surface,
7. The ceramic joined body according to claim 1, wherein at least one of the first inner bottom surface, the first inner surface, the second inner bottom surface and the second inner surface is either a ground surface or a polished surface.
前記第1半体および前記第2半体の各端面の少なくともいずれかは、研削面および研磨面のいずれかである、請求項1~7のいずれかに記載のセラミック接合体。 8. The ceramic joined body according to claim 1, wherein at least one of the end surfaces of said first half and said second half is either a ground surface or a polished surface. 軸方向に沿って、該軸方向に垂直な断面が多角形状、レーストラック形状、または円体状である、荷電粒子を加速するための内部空間を備え、該内部空間を挟んで対向配置する、セラミックスからなる長尺状の第1半体と第2半体と、前記第1半体と前記第2半体とが対向する面を、それぞれ第1対向面および第2対向面とした場合に、前記第1対向面と前記第2対向面とを吸着させた後に厚み方向から押圧して熱処理する、セラミック接合体の製造方法。 An elongated first half body and a second half body made of ceramics are provided along the axial direction and have a polygonal, racetrack-shaped, or circular cross-section perpendicular to the axial direction, and are arranged to face each other across the internal space. A method for manufacturing a ceramic bonded body, in which heat treatment is performed by pressing from a direction. 前記第1対向面および前記第2対向面を研磨する、請求項9に記載のセラミック接合体の製造方法。 10. The method of manufacturing a ceramic bonded body according to claim 9, wherein said first opposing surface and said second opposing surface are polished. 前記第1半体および前記第2半体の各端面の少なくともいずれかは、前記第1半体および前記第2半体を厚み方向から押圧して熱処理して押圧した後に、前記第1半体および前記第2半体の各端面の少なくともいずれかを研削または研磨する、請求項9または10に記載のセラミック接合体の製造方法。 11. The method for manufacturing a ceramic bonded body according to claim 9 or 10, wherein at least one of the end faces of the first half and the second half is pressed from the thickness direction, heat-treated and pressed, and then at least one of the end faces of the first half and the second half is ground or polished. 請求項1~8のいずれかに記載のセラミック接合体をビームダクトとして装着されてなる、荷電粒子ビーム加速装置。
A charged particle beam accelerator comprising the ceramic joint according to any one of claims 1 to 8 as a beam duct.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003324000A (en) 2002-04-30 2003-11-14 Japan Atom Energy Res Inst Long ceramic duct and its forming method
JP2006527162A (en) 2003-06-13 2006-11-30 ジョー−ワン ハン、 Ceramic bonding method: Reaction diffusion bonding
JP2012098437A (en) 2010-11-01 2012-05-24 Nippon Steel Corp Tubular body structure for machining-resistant member and manufacturing method thereof

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4712074A (en) * 1985-11-26 1987-12-08 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy Vacuum chamber for containing particle beams
JPH05275199A (en) * 1992-03-24 1993-10-22 Mitsubishi Electric Corp Ceramic duct for accelerator
JP3001827B2 (en) * 1997-03-18 2000-01-24 川崎重工業株式会社 Method for manufacturing ceramic molded body

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003324000A (en) 2002-04-30 2003-11-14 Japan Atom Energy Res Inst Long ceramic duct and its forming method
JP2006527162A (en) 2003-06-13 2006-11-30 ジョー−ワン ハン、 Ceramic bonding method: Reaction diffusion bonding
JP2012098437A (en) 2010-11-01 2012-05-24 Nippon Steel Corp Tubular body structure for machining-resistant member and manufacturing method thereof

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